Листовая прокатка

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества:

- во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо;

- во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям - точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам.

Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование, как в черной, так и в цветной металлургии.

Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатку. При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается), в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг. Технология производства холоднокатаных листов включает большое число переделов, требует применения сложного и многообразного оборудования.

В настоящее время доля холоднокатаных листов в общей массе тонколистового проката составляет около 50 %. Производство холоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться. Основную массу (примерно 80%) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 2300 мм. Такую тонколистовую сталь широко используют в автомобилестроении, поэтому часто ее называют автолистом. Методом холодной прокатки производят почти всю жесть - продукцию, идущую в больших количествах для изготовления пищевой тары, в частности консервных банок. Материалом для жести также служит низкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть выпускают с защитным покрытием, чаще всего - оловянным. Жесть прокатывают в виде полос толщиной 0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм. К числу распространенных видов холоднокатаной продукции также относятся: декапир (травленая и отожженная сталь, применяемая при производстве эмалированной посуды и других изделий с покрытиями), кровельный лист (часто выпускается оцинкованным), низколегированные конструкционные стали. Особо следует отметить две важные группы легированных сталей - коррозионно-стойкую (нержавеющую) и электротехническую.

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая фольга выпускается в виде полос минимальной толщиной 0,005 мм, шириной до 1000-1500 мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов различной конструкции, с очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности.

1. ЗАДАНИЯ ПО РАБОТЕ

Рассчитать энергосиловые параметры (контактное давление, усилие, момент, мощность и работу (энергию) прокатки) для случая холодной прокатки за 5 проходов тонкого листа для заданных условий.

Таблица 1. - Размер полосы и режимы обжатий:

Режим обжатий, мм	Ширина полосы, м
2,60-1,97-1,36-0,98-0,78-0,70	1,25

Таблица 2. - Данные для расчета энергосиловых параметров при холодной прокатке:

Марка стали	Начальное сопротивление деформации	Диаметр рабочих валков, м	Скорость прокатки, м/с	Коэффициент трения	0 МПа	1 МПа	Масса G, кг
20	375	0,70	8,0	0,10	275	350	12000

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

1. Определяем относительное и абсолютное обжатия за проход:

h = h₀ - h₁

м и = h / h₀

2. Рассчитываем длину дуги захвата без учета упругого сплющивания:

l_c = h*D/2 м

3. Находим коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения и формы очага деформации:

 = 2 * * l_c / h

4. Зная коэффициент , воспользуемся формулами коэффициента:

n' = p_cp / 2_s

Где:

p_cp - среднее контактное давление, МПа;

2ф_S - удвоенное сопротивление данного металла чистому сдвигу, Мпа.

n' = 2*h_н/h*(-1)*[( h_н/h₁)-1] (1)

Где:

h_H - высота полосы в критическом сечении. Ее можно найти из выражения:

h_н/h₁=[1+1+(²-1)*( h₀/ h₁)]:(+1)^1/ (2)

Обозначив:

1+(²-1)*( h₀/ h₁)=z (3)

И выполнив простые преобразования, запишем формулу (1) в следующем виде:

n'=2*(1/-1)*(1+z/+1)^1/*(z-/²-1). (4)

5. Учтем деформационное упрочнение металла в результате
холодной пластической деформации на величину , воспользовавшись аппроксимацией, предложенной Б.Е. Хайкиным. Сопротивление деформации прокатанного металла станет равным:

_s1=_s0*EXP[(1/a-1)*^a], Мпа

a - эмпирический коэффициент.

Значения этого коэффициента для сталей разных марок и сплавов цветных металлов приведены в работе. Внимательное рассмотрение этих данных позволило сделать вывод о том, что для сталей коэффициент a может быть без особой погрешности принят равным 0,45. Тогда предыдущая формула запишется так:

_s1=_s0 * EXP (1,2 * ^0,45) (5)

Нужно только иметь в виду, что в формулу (5) при расчета энергосиловых параметров в случае прокатки за несколько проходов подставляется значение относительного обжатия не в данном проходе (), а накопленное за все предыдущие проходы (₁), включая рассчитываемый. Иначе говоря, здесь:

₁ = h / h₀

В остальных формулах фигурирует в данном проходе.

6. Найдя _s1 для конкретной марки стали, определяем:

2_s = 1,15 * (_s0+_s1) / 2 Мпа. (6)

7. Рассчитываем контактную поверхность металла с валками:

F=b*l_c, м² (7)

8. Среднее контактное давление без учета натяжения и упругого сплющивания валков будет равно:

р_ср=2_s* n' Мпа (8)

9. Определяем силу прокатки также пока без учета натяжения и упругого сплющивания валков:

Р=2_s* n'*F МН (9)

10. Момент прокатки для этих же условий, если считать коэффициент плеча (приложения) усилия прокатки =0,5, составит

М_пр=Р*l_c, МН*м (10)

11. Поскольку расчет выполняется применительно к станам холодной прокатки тонкого листа, при которой возникают значительные по величине контактные напряжения и большие усилия, необходимо учесть упругое сплющивание валков в зоне контакта. Воспользуемся для этого итерационным методом Хичкока. По Хичкоку:

l_спл = (h*D/2+x²) + x м (11)

Где приращение дуги захвата в результате сплющивания:

х = р_ср*D/19*10⁴ м (12)

Значением р_ср в формуле (12) либо задаются произвольно, либо принимают его равным контактному давлению, полученному без учета натяжения и сплющивания валков, по формуле 13.

12. Коэффициент с учетом сплющивания валков будет теперь равен

_спл = 2**l_спл/h (13)

13. Учтем натяжение, которое применяется в большинстве случаев при ленточной (рулонной) прокатке. Для определения коэффициента n''', учитывающего влияние на контактное давление натяжения воспользуемся выражением, предложенным А.И. Целиковым. При этом коэффициент c, учитывающий понижение в связи с натяжением влияния внешнего трения на давление, примем равным 0,95. Тогда:

n'''=0,95*[1-(₀+₁)/2* р_ср] (14)

Где:

р_ср - контактное давление, полученное расчетом без учета натяжения.

14. Вновь рассчитаем z по формуле (3), подставляя в нее коэффициент _спл, рассчитанный по формуле (13). Зная z_спл , воспользуемся для определения n' _спл формулой (4):

n'_спл=2*(1/-1)*(1+z_спл/_спл+1)^1/*(z_спл-_спл/²_спл-1)

Таким образом, найден коэффициент, учитывающий влияние сил внешнего трения при наличии упругого сплющивания валков.

15. Зная n'_спл и n''', определим среднее контактное давление с учетом, как сплющивания валков, так и натяжения прокатываемой полосы:

р'_ср=2_s* n'_спл* n''' МПа (15)

Напомним, что коэффициент n''', учитывающий влияние внешних зон, в случае прокатки тонких полос равен 1.

16. Производим повторный расчет сплющенной дуги захвата, подставляя в формулу (12) значение р'_ср, полученное расчетом по выражению (15). В результате действия давления р'_ср произойдет приращение длины дуги контакта валка с металлом на величину х. Это значение вновь подставляется в формулу (11), и таким образом находится окончательная длина сплющенной дуги захвата:

l'_спл = (h*D/2+x²)+x м

Заметим, что упругая деформация полосы при этом не учитывается.

17. Снова находим коэффициент:

'_спл = 2**l'_спл / h

18. По известному '_спл , используя снова формулы (3) и (4), находим окончательное значение коэффициента n'_спл1 , учитывающего влияние сил внешнего трения.

При этом за счет корректировки длины дуги захвата, зависящей от х, было учтено и влияние на n' натяжения.

19. Определяем окончательное значение контактного давления

р'_ср = 2_s* n'_спл* n''' МПа

20. Площадь контактной поверхности будет равна:

F = b * l'_cпл м²

21. Сила прокатки, расходуемая на преодоление сопротивления металла деформации и сил трения на контакте металл-валок, с учетом натяжения и упругого сплющивания валков составит:

Р_спл = р_ср * F МН

22. Момент, расходуемый на собственно прокатку, без учета затрат на преодоление трения в подшипниках валков и передаточных механизмах, холостого хода и инерционных усилий, но с учетом сплющивания валков и натяжения полосы:

М'_пр = Р_спл * l'_cпл МН*м

Если, основываясь на [3] принять среднее значение коэффициента плеча силы при холодной прокатке равным 0,35, то:

М'_пр = 0,7*Р_спл*l'_cпл, МН*м

23. Для определения мощности прокатки необходимо определить сперва угловую частоту вращения валков:

щ = 2х / D 1 / с

х - скорость прокатки.

Тогда мощность прокатки:

N_пр = М'_пр* щ МВт

24. Для расчета работы (энергии), затрачиваемой на деформацию металла в данном проходе, воспользуемся известной формулой Финка. Однако предварительно нужно определить объем деформируемой полосы или в случае рулонной прокатки - объем рулона.

V = G / с м³

Где:

G - масса рулона;

с - плотность материала полосы.

Для стали с = 7,85*10³ кг/м³.

Тогда работа, затрачиваемая на деформацию металла валками, составит:

A_пр = р''_ср * V * ln (h₀ / h₁) Дж

С учетом натяжения полосы:

A_пр = [р''_ср*ln (h₀ / h₁) - у₁₊у₀] * V Дж

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕРВОГО ПРОХОДА

?h = 0,0026- 0,00197 = 0,00063 м;

= 0,00063/0,0026 = 0,242;

l_c = v0,00063*0,2 = 0,008 м;

= 2*0,10*0,008 = 2,54 0,00063;

z = v1+(2,54²-1)*(0,0026/0,00197)^2,54 = 3,47;

n'= 2*(1/0,242-1)*(1+3,47/2,54+1)^1/2,54*(3,47-2,54/2,54²-1) = 1,174;

= 0, 00063/0,0026 = 0,242;

_s1 = 375exp (0,635) = 707,633 Мпа;

2_s = 1,15*(375+707,633)/2 = 622,514 Мпа;

F = 1,25*0,008 = 0,01;

р_ср = 622,514*1,174 = 709,666 Мпа;

P = 622,514*1,174*0,01= 7,308 МН;

M_пр = 7,308*0,008= 0,058 МН*м;

x= 709,666*0,7/19*10⁴= 0,0026;

l_спл = v0,00063*0,7/2+0,0026² + 0,0026= 0,0177 м;

_спл= 2*0,10*0,0177/0,00063 = 5,619;

n'''= 0,95* [1-(275+350)/2*709,666] = 0,532;

z = v1+(5,619² -1)*(0,0026/0,00197)^5,619 = 12,104;

n_спл' = 2* ( 1/0,242 -1)*( 1+12,104/5,619+1)^1/5,619*(12,104-5,619/5,619² -1) = 1,499;

р_ср' = 622,514*1,499*0,532= 496,435 Мпа;

x = 496,435*0,7/19*10⁴ = 0,0018;

l_спл' = v0,00063*0,7/2 + 0,0018² + 0,0018 = 0,0168 м;

_спл'= 2*0,01*0,0168/ 0,00063 = 5,333;

z = v 1+(5,333²-1)*(0,0026/0,00197)^5,333 = 11,029;

n_спл1' = 2*(1/0,242- 1)*(1+11,029/5,333+1)^{1/5,333 *} (11,029-5,333/5,333²-1) = 1,343;

р_ср'' = 622,514*1,212*0,532 = 401,387 Мпа;

F = 1,25*0,0168 = 0,021 м²;

P_спл = 496,435*0,021 = 10,425 МН;

M_пр' = 10,425*0,0168 = 0,175 МН*м;

M_пр' = 0,7*10,425*0,0168 = 0,123 МН*м;

= 2*8,0/0,7 = 22,857 1;

N_пр = 0,123*22,857 = 2,811 МВт;

V = 12000/7,85*10³ = 1,529;

4. СВОД РЕЗУЛЬТАТА

Таблица 3:

№	Н0	Н1	Р1	Р	Мпр	Nпр	А1	Апр
1	0,0026	0,00197	709,666	7,308	0,058	2,811	5,593*107	1,703*108
2	0,00197	0,00136	1013,75	23,26	0,427	9,764	5,742*108	4,595*108
3	0,00136	0,00098	1900,13	43,85	0,809	18,509	9,518*108	8,371*108
4	0,00098	0,00088	2225,69	39,07	0,548	12,54	3,661*108	2,515*108
5	0,00088	0,00082	2922,06	55,74	0,850	19,44	3,154*108	2,007*108

прокатка металлургия сталь

ВЫВОД

В результате выполнения работы были рассчитаны энергосиловые параметры при холодной прокатке листовой стали. В ходе работы были просчитаны вручную параметры для первого прохода и остальные проходы с помощью программы «POWER». Программа ошибок не выдала, следовательно, предложенный вариант обжатий может быть реализован.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ляшков В.Б. Элементы теории продольной прокатки. Учебное пособие. Свердловск: изд.УПИ,1988, 74 с.

2. Теория прокатки. Справочник/Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. и др. М.: Металлургия, 1982. 335 с.

3. Коновалов Ю.В., Остапенко A.I., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки. Справочник. М.: Металлургия, 1986. 430 с.

4. Хайкин Б.Е. - Уч. для вузов. Черная металлургия,1985, с. 69-74.

Размещено на Allbest.ru